本文结合国内外学者已有的研究成果及规范条文,对正交异性钢箱梁桥面板的局部稳定、铺装层耐久性及疲劳验算等问题进行了全面的分析,并以此为基础,建立较为系统的优化设计模型。本文的主要研究成果如下:(1)研究了正交异性钢箱梁结构的起源、发展历程及应用现状。研究了正交异性板设计中的关键问题:局部稳定问题,铺装层耐久性问题以及疲劳验算问题。并进一步探讨,如何结合上述关键问题建立科学的优化设计分析模型。(2)研究了正交异性钢箱梁的常用构造形式。研究了简支薄板的屈曲临界应力值及日本桥规有关加劲板稳定性的相关条文。研究了大跨径钢箱梁桥面铺装体系的常用形式及存在的主要病害。研究了钢箱梁的疲劳验算的基本步骤:标准荷载谱的选取、标准应力幅的生成及不同的S-N曲线的分类。(3)本文推导了无限密分配梁沿桥纵向单位长度的等效抗弯惯性矩,并运用等效格子梁法和有限元程序对正交异性板第二体系的受力进行分析,将分析结果与已有的P-E法结果进行比较;验证了等效格子梁法作为优化模型的有限元分析方法的适用性。建立加劲板件模型,验证《道路桥示方书》的有关局部稳定设计的相关条文的准确性。本文通过板壳及实体单元的组合来精确模拟钢桥面铺装体系。系统的研究了铺装层材料特性、钢桥面板构造特点及汽车超载问题对铺装层受力的影响。(4)本文以正交异性板常用构造形式作为设计变量,以结构自重作为目标函数,建立了基于等效格子梁法的钢箱梁第二体系受力优化设计模型1和模型2。模型2考虑了铺装层受力对优化设计过程的影响,得到了一些非常有意义的结论,是本文的主要创新点。最后,以合理的荷载步长模拟标准疲劳车的加载历程,验证了模型2在优化前后各关键构造细节的疲劳性能,以形成更为完善的优化设计体系。